(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の大きさで位相が０から３６０度まで変化するバイアス電流を同期電動機に流し、上記バイアス電流の電流動作点近傍に電流変化が発生するように印加した高周波電圧と、上記高周波電圧に対応して流れる高周波電流とに基づいて、バイアス電流と同位相の方向のインダクタンス相当値を求め、上記インダクタンス相当値が極値となるバイアス電流位相を第一の磁極位置として推定する第一の磁極位置推定手段と、
この第一の磁極位置推定手段によって推定された第１の磁極位置を初期位相として所定の大きさのバイアス電流を流し、上記バイアス電流の動作点近傍に電流変化が発生するように印加した高周波電圧と上記高周波電圧に対応して流れる高周波電流とに基づいてバイアス電流位相と磁極位置との位相差に関連する特徴量を演算し、上記特徴量が所定値に収斂するようバイアス電流位相を修正する収斂演算を行い、その収斂結果として得られるバイアス電流位相を第二の磁極位置として推定し、この第二の磁極位置を上記同期電動機の磁極位置として決定する第二の磁極位置推定手段と、
上記第一の磁極位置推定手段によって推定された第一の磁極位置と上記第二の磁極位置推定手段によって推定された第二の磁極位置との差分に基づいて上記同期電動機の駆動を制御する駆動制御手段と
を具備したことを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項２】
上記駆動制御手段は、
上記第一の磁極位置と上記第二の磁極位置との差分が予め設定された閾値より小さい場合には上記同期電動機の制御を開始し、上記第一の磁極位置と上記第二の磁極位置との差分が上記閾値以上の場合には上記同期電動機の制御を禁止することを特徴とする請求項１記載の同期電動機の制御装置。
【請求項３】
上記駆動制御手段は、
上記第一の磁極位置と上記第二の磁極位置との差分が予め設定された閾値以上の場合に、上記第一および第二の磁極位置推定手段による磁極位置の推定処理を繰り返し実行させることを特徴とする請求項１記載の同期電動機の制御装置。
【請求項４】
上記駆動制御手段は、
予め設定された回数を限度として、上記第一および第二の磁極位置推定手段による磁極位置の推定処理を繰り返し実行させ、上記回数に達しても上記第一の磁極位置と上記第二の磁極位置との差分が上記閾値以上の場合には上記同期電動機の制御を禁止することを特徴とする請求項３記載の同期電動機の制御装置。
【請求項５】
上記駆動制御手段は、
上記第一の磁極位置と上記第二の磁極位置との差分が予め設定された閾値以上の場合に、上記第二の磁極位置に所定値を加えて補正し、その補正後の磁極位置を初期位置として上記第二の磁極位置推定手段による磁極位置の推定処理を繰り返し実行させることを特徴とする請求項１記載の同期電動機の制御装置。
【請求項６】
上記駆動制御手段は、
予め設定された回数を限度として、上記第二の磁極位置推定手段による磁極位置の推定処理を繰り返し実行させ、上記回数に達しても上記第一の磁極位置と上記第二の磁極位置との差分が上記閾値以上の場合には上記同期電動機の制御を禁止することを特徴とする請求項５記載の同期電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、例えばエレベータの巻上機などに用いられる同期電動機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、同期電動機の制御装置では、回転角度センサを用いて回転角度を計測し、その回転角度に同期した電流を流すことによって同期電動機を駆動している。一方、コスト、設置スペース、信頼性等の問題により、回転角度センサを用いない「センサレス制御」の技術が開発されている。
【０００３】
この技術の一つに、特に同期電動機の停止・低速時に、回転子の磁気的突極性を利用して同期電動機に高周波電圧を印加した時の高周波電流に基づいて磁極位置を推定する技術、および磁気飽和現象を利用して磁極の極性を判別する技術がある。
【０００４】
ここで、磁気的突極性と磁気飽和現象について簡単に説明しておく。
【０００５】
磁気的突極性のある／なしは、磁束が通りやすいか否かで決まる。磁石は磁束が通りにくい物質である。これに対し、磁石を囲む鉄心は磁束が通りやすい。磁束の通りやすさは、インダクタンスＬの大きさで表れる。つまり、磁石のある方向は磁束が通りにくく、インダクタンスＬの値が小さい。一方、鉄心のある方向は磁束が通りやすく、インダクタンスＬの値が大きい。このように方向によって磁束の通りやすさに違いがあるものを「磁気的突極性あり」と呼んでいる。
【０００６】
「磁気的突極性あり」の場合、モータが回転している場合もしくは低速のときでも電気的特性があるので、ｄｑ軸のインダクタンスＬｄＬｑに基づいて磁極位置を推定することができる。
【０００７】
「磁気飽和現象」とは、磁性体の中で磁束が過密しすぎて、磁束が流れにくくなる現象のことである。磁石は、元々磁束を通しにくい物質である。したがって、埋め込み磁石型のモータの場合、固定子コイルに流す電流による磁束を、回転子に対して一周させて磁束の通りやすさをインダクタンスＬから検出すれば、磁石が発する磁束と固定子コイルが発する磁束が同じ方向のときに磁束の通りやすさ、すなわちインダクタンスＬ最も少なくなる。これを利用して、センサレスで磁極位置を推測できる。なお、「磁極位置を推測（検出）する」とは、「回転角度を推測（検出）」と同じ意味である。
【０００８】
また、回転角度センサとして、ＰＧ（Pulse Generator）を用いた制御システムがある。この制御システムでは、ＰＧからモータの回転に応じて出力されるパルスをカウントして回転角度を算出する。しかし、パルスをカウントすることで変位量しかわからない。絶対角度を求めるためには、通常１回転に１回のみ出力されるＺパルスを検出する必要があるため、制御が難しいという問題がある。
【０００９】
このような問題に解決するために、上述のセンサレス制御技術を応用して磁極位置を推定し、ＰＧの初期位置として設定するという技術がある。
【００１０】
また、永久磁石同期電動機において、回転子に磁気的突極性のないＳＰＭＳＭ（Surface Permanent Magnet Synchronous Motor：表面磁石型モータ）では、磁気的突極性を利用して磁極位置を推定することが原理的に不可能となる。そこで、磁気飽和現象を利用することによって、ＳＰＭＳＭでも磁極位置の推定を実現した技術がある。
【００１１】
これは、所定の方向と大きさをもつ正負の電圧ベクトルを与えた時に、それぞれの電圧ベクトルによって流れた電流によって、正負の電圧ベクトルのどちらかでのみ磁気飽和が発生し、電流のピーク値に差異が発生することを利用して磁極位置を推定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第３３１２４７２号公報
【特許文献２】特許第３４０１１５５号公報
【特許文献３】特許第３２１３７５１号公報
【特許文献４】特許第４２１１１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記技術では、電圧ベクトルの印加のみで磁気飽和を発生させるため、電流値を精度よく制御できない。したがって、必ずしも正確に磁気飽和現象を利用できない場合がある。例えば電圧ベクトルが大きすぎるか、出力の時間幅が長すぎると、電流が増大しすぎることにより、正負どちらの電圧ベクトルでも磁気飽和が発生する。このため、電流ピーク値に明確な差が表れにくいため、磁極位置を正確に推定することができない。
【００１４】
逆に、電圧ベクトルが小さすぎるか、時間幅が短すぎると、電流が小さいままになり、正負どちらの電圧ベクトルでも磁気飽和が発生しない。したがって、上記同様に電流ピーク値に明確な差が表れず、磁極位置を正確に推定することができない。
【００１５】
特に、電動機が変わった場合には、電動機定数や磁気飽和特性が変わる。このため、最適な電圧ベクトルの大きさと出力時間を調査して設定し直す必要があり、手間がかかる上、製造誤差などによって必ずしも最適な電流値になるとは限らない。
【００１６】
本発明が解決しようとする課題は、磁気的突極性を有しない、もしくは磁気的突極性が低い同期電動機において、外乱等の影響を受けて磁極位置の推定精度が悪化した場合に電動機の制御を停止させるか、電動機の制御を行うに十分な精度が得られるように再度推定を行うようにした同期電動機の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本実施形態に係る同期電動機の制御装置は、所定の大きさで位相が０から３６０度まで変化するバイアス電流を同期電動機に流し、上記バイアス電流の電流動作点近傍に電流変化が発生するように印加した高周波電圧と、上記高周波電圧に対応して流れる高周波電流とに基づいて、バイアス電流と同位相の方向のインダクタンス相当値を求め、上記インダクタンス相当値が極値となるバイアス電流位相を第一の磁極位置として推定する第一の磁極位置推定手段と、この第一の磁極位置推定手段によって推定された第１の磁極位置を初期位相として所定の大きさのバイアス電流を流し、上記バイアス電流の動作点近傍に電流変化が発生するように印加した高周波電圧と上記高周波電圧に対応して流れる高周波電流とに基づいてバイアス電流位相と磁極位置との位相差に関連する特徴量を演算し、上記特徴量が所定値に収斂するようバイアス電流位相を修正する収斂演算を行い、その収斂結果として得られるバイアス電流位相を第二の磁極位置として推定し、この第二の磁極位置を上記同期電動機の磁極位置として決定する第二の磁極位置推定手段と、上記第一の磁極位置推定手段によって推定された第一の磁極位置と上記第二の磁極位置推定手段によって推定された第二の磁極位置との差分に基づいて上記同期電動機の駆動を制御する駆動制御手段とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は第１の実施形態に係る同期電動機の制御装置の第一の磁極位置推定部に関する構成を示すブロック図である。
【図２】図２は同実施形態における同期電動機の座標系の定義を説明するための図である。
【図３】図３は同実施形態における同期電動機の高周波電圧指令の波形図である。
【図４】図４（ａ），同図（ｂ）は同実施形態における同期電動機のバイアス電流位相角指令の波形図である。
【図５】図５は同実施形態における同期電動機のバイアス電流の定義を説明するための図である。
【図６】図６（ａ），同図（ｂ）は同実施形態における同期電動機のバイアス電流の応答波形例を示す図である。
【図７】図７は同実施形態における同期電動機の制御装置による第一の磁極位置推定処理を示すフローチャートである。
【図８】図８は同実施形態における同期電動機の制御装置による第二の磁極位置推定処理を示すフローチャートである。
【図９】図９は同実施形態における同期電動機としてＳＰＭＳＭの構成を模式的に示した断面図である。
【図１０】図１０は同実施形態における同期電動機のバイアス電流に対する磁束特性を示す図である。
【図１１】図１１は同実施形態における同期電動機のバイアス電流の位相角とインダクタンスとの関係を示す図である。
【図１２】図１２は同実施形態における同期電動機の制御装置の第二の磁極位置推定部に関する構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は同実施形態における同期電動機の座標系の定義を説明するための図である。
【図１４】図１４（ａ），同図（ｂ）は同実施形態における同期電動機の特徴量の特性を示す図である。
【図１５】図１５は同実施形態における同期電動機の制御装置の第二の磁極位置推定部による収斂演算の構成を示すブロック図である。
【図１６】図１６は同実施形態における同期電動機の制御装置の磁極位置比較部分の構成を示すブロック図である。
【図１７】図１７は第２の実施形態に係る同期電動機の制御装置の磁極位置推定処理の繰り返し機構の構成を示すブロック図である。
【図１８】図１８は第２の実施形態における同期電動機の制御装置による第一の磁極位置推定処理を示すフローチャートである。
【図１９】図１９は第２の実施形態における同期電動機の制御装置による第二の磁極位置推定処理を示すフローチャートである。
【図２０】図２０は第３の実施形態における同期電動機の制御装置による第一の磁極位置推定処理を示すフローチャートである。
【図２１】図２１は第３の実施形態における同期電動機の制御装置による第二の磁極位置推定処理を示すフローチャートである。
【図２２】図２２は第３の同実施形態における特徴量の特性の乱れを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
本実施形態における同期電動機の制御装置には、第一の磁極位置推定部と第二の磁極位置推定部が備えられている。以下では、（ａ）第一の磁極位置推定部の構成、（ｂ）第二の磁極位置推定部の構成に分けて詳しく説明する。なお、便宜的に第一の磁極位置推定部の構成（図１）と第二の磁極位置推定部の構成（図１２）に分けて説明するが、同じ制御装置に備えられているものである。
【００２１】
後述するように、第一の磁極位置推定部では、バイアス電流を同期電動機に印加して暫定的に磁極位置θ１を推定する。第二の磁極位置推定部では、第一の磁極位置推定部によって推定された磁極位置θ１を初期位相としてバイアス電流を流し、収斂演算によりバイアス電流位相と磁極位置との位相差に関連する特徴量を所定値に収斂させることで磁極位置θ２を推定する。この磁極位置θ２が最終的に正確な位置として検出されることになる。
【００２２】
（ａ）第一の磁極位置推定部の構成
まず、第一の磁極位置推定部の構成について説明する。
【００２３】
図１は第１の実施形態に係る同期電動機の制御装置の第一の磁極位置推定部に関する構成を示すブロック図である。
【００２４】
モータ駆動手段としてインバータ１０５が備えられている。このインバータ１０５は、三角波ＰＷＭ変調部１０４からのインバータ駆動用のゲート指令を入力とし、図示せぬ主回路スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを切替えることによって、交流／直流電力を相互に変換してモータ１０７を駆動する。
【００２５】
モータ１０７は、ＳＭ（同期電動機）もしくはＰＭＳＭ（永久磁石同期電動機）など、回転子の回転に同期して固定子に回転磁界を励磁する電動機である。このモータ１０７のＵＶＷの各励磁相に流れる３相交流電流によって回転磁界が発生し、回転子との磁気的相互作用により回転トルクが出力される。
【００２６】
以下では、ＰＭＳＭを例に説明する。なお、ＳＭを用いる場合でも、モデル上は回転子の界磁が永久磁石によって作られるか界磁コイルによって作られるかの違いだけであるので、同一のモデルを適用可能である。
【００２７】
電流検出部１０６ａおよび１０６ｂは、モータ１０７に流れる３相交流電流のうち２相もしくは３相の電流応答値を検出する。図１の例では２相の電流を検出する構成を示している。ブレーキ１０８は、モータ１０７の回転子の回転を固定する。
【００２８】
磁極位置検出部１０９は、エンコーダ等の回転角度センサによって、回転子（ロータ）の回転角を検出する。座標変換部（αβ／ＵＶＷ）１０３ａおよび座標変換部（ＵＶＷ／αβ）１０３ｂは、三相固定座標系と直交２軸（αβ軸）の固定座標系の座標変換を行う。
【００２９】
ここで、本実施形態における同期電動機の座標系の定義を図２に示す。  
固定子コイル２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃは、それぞれ固定子のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルである。αβ軸固定座標系２０２は、α軸がＵ相方向と一致し、β軸が９０度位相の進んだ座標系である。ｄｑ軸回転座標系２０３は、ｄ軸が回転子２０４の磁極位置の方向と一致し、ｑ軸が９０度位相の進んだ座標系である。α軸とｄ軸の位相差が回転角度θｍである。
【００３０】
図１において、電圧指令値を座標変換する座標変換部（αβ／ＵＶＷ）１０３ａにおける変換処理を式１に示す。電流応答値を変換する座標変換部（ＵＶＷ／αβ）１０３ｂにおける変換処理を式２に示す。
【数１】
0005619225.tif 000002
【００３１】
【数２】
0005619225.tif 000003
【００３２】
電流制御部１０２は、電流応答値ｉα，ｉβと電流指令値ｉαｒｅｆ，ｉβｒｅｆを比較し、電圧指令値ｖα，ｖβを決定する。電流制御部１０２における一般的な演算処理は、ＰＩ制御器を用いて式３のように表される。
【数３】
0005619225.tif 000004
【００３３】
ここでＫｐ，Ｋｉはそれぞれ比例ゲイン、積分ゲイン、ｓはラプラス演算子である。
【００３４】
三角波ＰＷＭ変調部１０４は、モータ１０７を駆動するための３相電圧指令値を三角波ＰＷＭによって変調し、インバータ１０５の各相スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ指令であるゲート信号を出力する。
【００３５】
高周波電圧重畳部１１３は、例えば図３に示す振幅一定の波形の高周波電圧指令ｖα_ｈｆおよびｖβ_ｈｆを計算する。高周波電圧指令ｖα_ｈｆおよびｖβ_ｈｆに電流制御出力であるｖα０およびｖβ０が加算されて、新たな電圧指令ｖαおよびｖβが生成される。
【００３６】
図３の高周波電圧指令ｖα_ｈｆおよびｖβ_ｈｆは、式４のように表すことができる。
【数４】
0005619225.tif 000005
【００３７】
ここで、ωｈｆは高周波の角周波数、Ｈｖは高周波の振幅であり、どちらも予め設定した値である。ｔは時間である。Ｈｖは、この高周波電圧によって流れる高周波電流が後述するバイアス電流指令値と比較して十分小さい振幅となる値に設定することが望ましい。これは、高周波電流によってバイアス電流が小さくなりすぎてしまうと、モータの磁気飽和現象が緩和されてしまい、磁極位置の推定が正確に行えなくなるためである。
【００３８】
バイアス電流指令生成部１０１は、予め設定した振幅指令Ｉｂｉａｓとバイアス電流位相角指令生成部１１２の出力である位相角指令値θｂｉａｓを入力とし、式５により電流指令ｉαｒｅｆおよびｉβｒｅｆを生成する。
【数５】
0005619225.tif 000006
【００３９】
バイアス電流位相角指令生成部１１２は、連続的もしくは断続的に時間変化する位相角指令値θｂｉａｓを出力する。例えば図４（ａ）に示すように、０〜３６０°を連続的に出力しても良いし、図４（ｂ）のように断続的に出力しても良い。このとき、この位相角の変化速度は、式４における角周波数ωｈｆよりも十分低い角周波数に設定する。言い換えると、周期Ｔｂｉａｓが、図３中に図示する周期Ｔｈｆよりも十分に長い周期となるように設定する。
【００４０】
図５はαβ軸固定座標系におけるバイアス電流指令の空間配置を示す図である。  
高周波電圧重畳部１１３が生成する高周波電圧によって、図５中に示す電流動作点近傍で動作点が微小に動く高周波電流が発生することになる。
【００４１】
図６は所定の振幅で位相を変更して、電流制御によってモータ１０７に流したバイアス電流の応答波形例を示す図である。  
高周波電圧を重畳しているため、図６（ａ）に示す全体波形では、ｉαとｉβはそれぞれ太い波形となっているが、図６（ｂ）に示す部分的に拡大した波形図では、周期Ｔｈｆの高周波波形となっている。このように、バイアス電流の位相角の変化は高周波の周期に対して十分長くとることにより、高周波成分はバイアス電流の回転の影響をほとんど受けないように構成することができる。
【００４２】
高周波電流検出部１１０は、一般的なハイパスフィルタやバンドパスフィルタによって、高周波電圧と同じ周波数の高周波電流ｉα_ｈｆとｉβ_ｈｆを検出する。フィルタのカットオフ周波数は、少なくともバイアス電流の変化成分を除去できる高い周波数に設定する。バンドパスフィルタの場合、高域側のカットオフ周波数は電流検出部１０６ａおよび１０６ｂにおける検出ノイズをカットする周波数に設定する。
【００４３】
第一の磁極位置推定部１１１は、バイアス電流方向のインダクタンス相当値Ｌｂｉａｓを演算する。すなわち、第一の磁極位置推定部１１１は、高周波電流検出部１１０で検出した高周波電流のバイアス電流の方向θｂｉａｓの成分ｉｈｆ_ｂｉａｓを式６のように演算し、この成分の振幅値Ｉｈｆ_ｂｉａｓを計測する。振幅値の計測は、例えば周期Ｔｈｆの間に現れる最大値と最小値を記憶して差分を計算すれば良い。
【数６】
0005619225.tif 000007
【００４４】
ここで、ψは重畳した高周波電圧に対する位相差分である。
【００４５】
続いて、第一の磁極位置推定部１１１は、振幅値Ｉｈｆ_ｂｉａｓから式７のようにインダクタンス相当値Ｌｂｉａｓを演算する。
【数７】
0005619225.tif 000008
【００４６】
高周波電圧振幅Ｈｖと角周波数ωｈｆを一定値とすれば、インダクタンス相当値Ｌｂｉａｓは高周波電流振幅Ｉｈｆ_ｂｉａｓに反比例する。したがって、Ｉｈｆ_ｂｉａｓをインダクタンス相当値とみなすこともできる。また、同様に、式６で表される高周波電流のゼロクロス付近の時間変化率を計測もしくは計算すれば、Ｉｈｆ_ｂｉａｓに相当する値となるため、この時間変化率をインダクタンス相当値としても良い。
【００４７】
さらに、第一の磁極位置推定部１１１は、バイアス電流方向θｂｉａｓが０から３６０度に変化する間のインダクタンス相当値Ｌｂｉａｓが最小値となるバイアス電流方向θｂｉａｓ_ｍｉｎを出力する。Ｉｈｆ_ｂｉａｓをインダクタンス相当値とする場合は、これが最大値となるバイアス電流方向がθｂｉａｓ_ｍｉｎとなる。すなわち、演算したインダクタンス相当値が極値を示すバイアス電流方向をθｂｉａｓ_ｍｉｎとすれば良い。このθｂｉａｓ_ｍｉｎがモータ１０７の極磁位置となる。
【００４８】
図７および図８は第一の実施形態における磁極位置の推定処理を示すフローチャートである。このうち、図７のステップＡ１１〜Ａ１９は第一の磁極位置推定部１１１による磁極位置の推定処理を示している。
【００４９】
すなわち、図１の構成の制御装置では、まず、電流および電圧の初期値をセットした状態で（ステップＡ１１）、電流制御部１０２を通じてモータ１０７に対する電流制御を開始する（ステップＡ１２）。また、制御装置は、高周波電圧重畳部１１３を通じて高周波電圧の重畳を開始する（ステップＡ１３）
ここで、バイアス電流指令値が制御装置に入力されると（ステップＡ１４）、所定の位相のバイアス電流がモータ１０７に供給され、そのバイアス電流に対して高周波電圧が印加され、同時に高周波電流が観測できるようになる。
【００５０】
制御装置は、この高周波電圧に対応して流れる高周波電流を検出し（ステップＡ１５）、第一の磁極位置推定部１１１を通じてバイアス電流と同位相の方向のインダクタンス相当値を求める（ステップＡ１６）。詳しくは、バイアス電流の電流動作点近傍に電流変化が発生するように印加した高周波電圧と、この高周波電圧に対応して流れる高周波電流とに基づいて、バイアス電流と同位相の方向のインダクタンス相当値を求める。
【００５１】
制御装置は、バイアス電流を０から３６０度まで変化させながら、そのときのバイアス電流と同位相の方向のインダクタンス相当値を順次求めていく（ステップＡ１７〜Ａ１８）。その結果、最終的にインダクタンス相当値が極値となるバイアス電流位相をモータ１０７の磁極位置とする（ステップＡ１９）。このときに得られた磁極位置θ１を初期回転角度とする。
【００５２】
次に、上記構成の作用について説明する。  
まず、磁気飽和現象の発生について説明する。
【００５３】
図９はＳＰＭＳＭの構成を模式的に示した断面図である。この例では、４極の表面磁石型ＰＭＳＭ（ＳＰＭＳＭ）を示しており、図中の８０１はステータ、８０２はロータである。また、図中のｄｑ軸は回転子の磁極に一致した座標系を示している。
【００５４】
バイアス電流の磁束は、図９の状態でバイアス電流の位相を変化させた時にバイアス電流が作る磁束を模式的に表したものである。図９において、磁石磁束の方向とバイアス電流の磁束が同一方向となる（１）の状態のとき、磁気飽和が発生してバイアス電流の方向のインダクタンスは低下する。（２）および（３）の状態のときは、磁石磁束がないかバイアス電流の磁束と逆向きのため、磁気飽和が発生せず、インダクタンスの低下は起こらない。
【００５５】
バイアス電流位相角をｄ軸正方向、ｑ軸方向、ｄ軸負方向の３パターンに設定した際のバイアス電流の振幅とバイアス電流方向の磁束の模式的な特性を図１０に示す。
【００５６】
図１０において、バイアス電流の振幅に対する磁束の傾きがインダクタンスである。バイアス電流を正方向に増加させれば、磁気飽和が発生して傾きが小さくなる特性となっている。この特性は、バイアス電流位相が、磁極つまりｄ軸に対してどの方向にあるかによって変動する。ｄ軸を基準としたバイアス電流位相＝０度つまりバイアス電流位相がｄ軸正方向にある時、もっとも小さいバイアス電流で磁気飽和が始まることを示している。
【００５７】
一方、ｄ軸負方向にバイアス電流を流した時にも、バイアス電流の振幅を増加させれば磁気飽和が発生する。このため、このバイアス電流振幅ではバイアス電流の位相の違いによるインダクタンスの差が小さくなることがわかる。
【００５８】
すなわち、バイアス電流振幅値が小さい場合（例えば図９動作点ａ）では、どの位相角でも磁気飽和が発生せずにインダクタンスの差が現れない。バイアス電流振幅値が大きい場合（動作点ｃ）では、どの位相でも磁気飽和が発生してしまい、インダクタンスの差が現れなくなることになる。
【００５９】
磁気飽和を利用して磁極位置を推定する場合、インダクタンスの差が明確に現れるバイアス電流を正確に流すことが重要であり、図１０においては、動作点ｂを含む網掛け部の範囲の電流値が適切と言える。
【００６０】
また、磁気飽和現象について、ｄ軸基準のバイアス電流位相角とバイアス電流方向のインダクタンスとを対応づけて図示すると、図１１のようになる。
【００６１】
図１１におけるバイアス電流動作点ａ、ｂ、ｃは図９における動作点と一致している。すなわち、バイアス電流動作点ｂでの特性では、バイアス電流位相角とｄ軸の位相差がゼロ近傍の時、磁石磁束とバイアス電流による磁束が同方向となるため、磁気飽和によってインダクタンスが低下する。動作点ａやｃでは、上述した理由によりインダクタンスの差が現れにくく、検出ノイズ等によってインダクタンスが極値をとる位相角を精度よく推定することができない。
【００６２】
以上のように、磁気飽和現象によってバイアス電流方向のインダクタンスが変化することを利用して、同じ方向の高周波電流振幅を用いて磁極位置を推定する。すなわち、重畳した高周波電圧によって少なくともバイアス電流と同じ方向に流れた高周波電流の振幅と、高周波電圧の振幅および周波数からインダクタンス相当値を演算することにより、バイアス電流位相角がｄ軸と一致する位相角を計測できる。
【００６３】
（ｂ）第二の磁極位置推定部の構成
次に、第二の磁極位置推定部の構成について説明する。
【００６４】
図１２は同期電動機の制御装置の第二の磁極位置推定部に関する構成を示すブロック図である。なお、図１の構成と同じ部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略するものとする。また、図示を省略するが、実際には図１に示した構成要素がこの図１２の構成の中にも同様に含まれているものとする。
【００６５】
図１の座標変換部（αβ／ＵＶＷ）１０３ａおよび座標変換部（ＵＶＷ／αβ）１０３ｂに代えて、座標変換部（ｓｔ／ＵＶＷ）１１０２ａおよび座標変換部（ＵＶＷ／ｓｔ）１１０２ｂが設けられる。さらに、第一の磁極位置推定部１１１とは別に、第二の磁極位置推定部１１０１が設けられる。
【００６６】
なお、図１２では図示を省略するが、第一の磁極位置推定部１１１については、図１で説明したように、高周波電流検出部１１０で検出された高周波電流ｉα_ｈｆとｉβ_ｈｆに基づいてバイアス電流方向のインダクタンス相当値Ｌｂｉａｓを演算する。さらに、第一の磁極位置推定部１１１は、バイアス電流方向θｂｉａｓが０から３６０度に変化する間のインダクタンス相当値Ｌｂｉａｓが最小値となるバイアス電流方向θｂｉａｓ_ｍｉｎを出力する。
【００６７】
図１２の構成において、座標変換部（ｓｔ／ＵＶＷ）１１０２ａおよび座標変換部（ＵＶＷ／ｓｔ）１１０２ｂは、三相固定座標系と直交２軸（ｓｔ軸）回転座標系の座標変換を行う。図１３に示すように、ｓｔ軸回転座標系１２０１は、α軸を基準としてバイアス電流位相角θｂｉａｓで回転する座標系である。
【００６８】
座標変換部１１０２ａおよび１１０２ｂにおける処理を式８および式９に示す。
【数８】
0005619225.tif 000009
【００６９】
【数９】
0005619225.tif 000010
【００７０】
また、電流制御部１０２への入力である電流指令は、ｓ軸電流指令としてバイアス電流振幅指令Ｉｂｉａｓをそのまま入力する。
【００７１】
第二の磁極位置推定部１１０１は、高周波電圧指令ｖｓ_ｈｆおよびｖｔ_ｈｆと高周波検出部１１０で検出した高周波電流ｉｓ_ｈｆおよびｉｔ_ｈｆに基づいて、バイアス電流と磁極位置の位相差Δθに関連した特徴量Ｒを演算する。
【００７２】
特徴量Ｒは、理想的にはΔθそのものが得られるのが理想であるが、Δθのゼロ近傍でΔθに略比例する量が得られれば良い。このような特徴量の特性を図１４に示す。図１４（ａ）では、Δθ＝０の点で特徴量もゼロとなる特性であるが、特徴量はオフセットを持っていても良い。図１４（ｂ）では、Δθ＝０の点でのオフセット値Ｒｏｆｓを持っている。この場合、後述する収斂演算の目標値をオフセット値Ｒｏｆｓに設定すれば良い。
【００７３】
特徴量Ｒの演算は、例えば高周波電圧をバイアス電流と同じ方向にのみ印加したとき、バイアス電流に直交する方向に現れる高周波電流の振幅を計測して特徴量Ｒとすることができる。
【００７４】
すなわち、式１０に示す高周波電流を与える。
【数１０】
0005619225.tif 000011
【００７５】
この時、バイアス電流に直交する方向に現れる高周波電流は、ｔ軸高周波電流であり、式１１の特性を持つ。
【数１１】
0005619225.tif 000012
【００７６】
ここで、Ｌｓａｔはバイアス電流が磁極位置近傍にある場合に発生する磁気飽和によって変動する係数である。バイアス電流が磁極位置近傍になく磁気飽和が発生しない場合、Ｌｓａｔ＝０となり、磁気飽和が発生する場合は０以外の値を持つ。
【００７７】
式１１の高周波電流から、ｃｏｓ（ωｈｆｔ）の振幅成分を抽出すると、その振幅はｓｉｎ（２Δθ）の関数となり、Δθ＝０近傍でΔθに略比例する特性となるため、特徴量として用いることができる。
【００７８】
このように高周波電圧をバイアス電流と同じ方向のみに印加する構成では、高周波電流の発生による電磁騒音を、その他の構成と比べて小さく抑制することが可能となるなどの利点がある。
【００７９】
第二の磁極位置推定部１１０１では、続いて、特徴量Ｒに基づいて収斂演算を行ってバイアス電流位相θｂｉａｓ_ｓｅｔを出力する。
【００８０】
図１５は第二の磁極位置推定部１１０１における収斂演算の構成を示すブロック図である。
【００８１】
ゲイン乗算器１４０１および１４０２は、それぞれ所定のゲインＫｐ_ｐｌｌとＫｉ_ｐｌｌを乗算する。積分器１４０３および１４０４は、それぞれの入力を時間積分する。積分初期値については、積分器１４０３は初期値ゼロ、積分器１４０４では初期値をθｂｉａｓ_ｍｉｎとする。
【００８２】
θｂｉａｓ_ｍｉｎは、図１２において、第一の磁極位置推定部１１１で推定した磁極位置である。これを初期値とすることにより、バイアス電流の位相θｂｉａｓ_ｓｅｔはθｂｉａｓ_ｍｉｎから収斂演算が始まるため、第一の磁極位置推定部１１１で推定した磁極位置近傍の位相から第二の磁極位置推定部１１０１の推定処理を開始できる。
【００８３】
収斂判定器１４０５は、特徴量ＲとＲｏｆｓの差分が一定値以下になるか、収斂演算を実行している時間が一定時間経過するか、その他の判定基準に基づいて、収斂演算の終了を判定し、その時点のθｂｉａｓ_ｓｅｔを最終推定磁極位置θｂｉａｓ_ｅｎｄとして出力する。上記その他の判定基準としては、特徴量の差分が継続して一定値以下になっている時間が所定時間以上経過する、などがある。
【００８４】
図１５のように構成すると、この収斂演算により特徴量Ｒをオフセット量Ｒｏｆｓに一致するようにθｂｉａｓ_ｓｅｔを修正することができる。なお、特徴量Ｒの特性に合わせて、Ｒｏｆｓはゼロとする場合もある。
【００８５】
第二の磁極位置推定部１１０１を用いることにより、推定磁極位置を特徴量ＲとΔθのゼロクロス点に収束させて推定することができる。したがって、第一の磁極位置推定部１１１やその他の方式と比較して高い精度で磁極位置を推定することが可能となる。
【００８６】
図８のフローチャートにおいて、ステップＢ１１〜Ｂ１９は第二の磁極位置推定部１１０１による磁極位置推定処理を示している。
【００８７】
すなわち、図１２の構成の制御装置では、まず、上記第一の磁極位置推定部１１１で得られた磁極位置θ１を初期値としてセットした状態で（ステップＢ１１）、電流制御部１０２を通じてモータ１０７に対する電流制御を開始する（ステップＢ１２）。また、制御装置は、高周波電圧重畳部１１３を通じて高周波電圧の重畳を開始する（ステップＢ１３）
ここで、バイアス電流指令値が制御装置に入力されると（ステップＢ１４）、所定の位相のバイアス電流がモータ１０７に供給され、そのバイアス電流に対して高周波電圧が印加され、同時に高周波電流が観測できるようになる。
【００８８】
制御装置は、この高周波電圧に対応して流れる高周波電流を検出し（ステップＢ１５）、第二の磁極位置推定部１１０１を通じて収斂演算によるバイアス電流位相角を求める（ステップＢ１６〜Ｂ１８）。詳しくは、上記磁極位置θ１を初期位相として所定の大きさのバイアス電流を流し、バイアス電流の動作点近傍に電流変化が発生するように印加した高周波電圧とこの高周波電圧に対応して流れる高周波電流とに基づいてバイアス電流位相と磁極位置との位相差に関連する特徴量を演算し、この特徴量が所定値に収斂するようバイアス電流位相を修正する収斂演算を行う。
【００８９】
制御装置は、上記収斂演算の結果によって最終的に得られたバイアス電流位相をモータ１０７の磁極位置θ２とする（ステップＢ１９）。
【００９０】
（第一の磁極位置と第二の磁極位置の比較）
図１６は同期電動機の制御装置の磁極位置比較部分の構成を示すブロック図である。なお、図１および図１２の構成と同じ部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略するものとする。また、図示を省略するが、実際には図１および図１２に示した構成要素がこの図１６の構成の中にも同様に含まれているものとする。
【００９１】
本実施形態における同期電動機の制御装置には、図１に示した第一の磁極位置推定部１１１と図１２に示した第二の磁極位置推定部１１０１が備えられる。さらに、この制御装置には、２つの推定部に関連した構成として、速度制御用電流指令生成部１５１１、磁極位置比較部１５１２、外部記憶部１５１３、駆動制御部１５１４が備えられる。
【００９２】
速度制御用電流指令生成部１５１１は、モータ１０７の速度が速度指令Ｓｃと一致するような電流指令ｉαrefとｉβrefを算出して電流制御部１０２に出力する。
【００９３】
磁極位置比較部１５１２は、第一の磁極位置推定部１１１から出力される暫定的な極位置θ１と第二の磁極位置推定部１１０１から出力される磁極位置θ２とに基づいて、磁極位置差分Δθを式１２のように算出する。
【００９４】
Δθ＝｜θ１−θ２｜          （式１２）
磁極位置比較部１５１２は、この磁極位置差分Δθを外部記憶部１５１３に記憶された磁極位置差分の閾値θｔｈと比較する。駆動制御部１５１４は、磁極位置比較部１５１２の比較結果に基づいてモータ１０７の駆動を制御する。
【００９５】
ここで、θ１およびθ２は、いずれも磁気飽和によって生じるインダクタンスの低下を基に検出された磁極位置である。原理的には同じ角度を示すため、Δθはゼロとなる。しかしながら、例えば電流検出部１０６ａおよび１０６ｂが外部機器の影響を受けて、電流応答値ｉｕ、ｉｗに外乱等が生じた場合に、特に第一の磁極位置推定部１１１では、真の極値以外の点を磁極位置θ１として検出することがある。これは、第一の磁極位置推定部１１１がインダクタンス相当値Ｌｂｉａｓあるいは高周波電流振幅Ｉｈｆ_ｂｉａｓが極値となるような演算を行っているためである。
【００９６】
この場合、θ１を初期位相として収斂演算を実施する第二の磁極位置推定部１１０１は、真の磁極位置へ位相を収束させるために、通常よりも長い時間を要することになる。例えば、収斂演算の終了条件を一定時間の経過とした場合においては、検出した磁極位置θ２がθ１から大きく離れた位置となり、真の磁極位置を検出していないと考えられる。
【００９７】
θ２が真の磁極位置でない状態（誤った磁極位置）でモータ１０７の制御を行うと、異音が生じたり、あるいは速度指令Ｓｃを満足しないなどの現象が生じる。このような場合に、上記式１２において計算される磁極位置差分Δθはゼロ以外の値となる。
【００９８】
そこで、図８のフローチャートに示すように、磁極位置差分Δθ＜閾値θｔｈを満足しない場合、つまり、θ１とθ２の差分Δθが予め設定された閾値θｔｈ以上であれば（ステップＢ２０のＮｏ）、磁極位置比較部１５１２は、駆動制御部１５１４へ制御禁止指令Ｃｉｎｈを出力する。駆動制御部１５１４は、この制御禁止指令Ｃｉｎｈを入力すると、速度制御用電流指令生成部１５１１に対して回転指令Ｃｒｏｔを遮断することでモータ１０７の制御を禁止する（ステップＢ２１）。
【００９９】
一方、磁極位置差分Δθ＜閾値θｔｈを満足する場合、つまり、θ１とθ２の差分Δθが予め設定された閾値θｔｈより小さければ（ステップＢ２０のＹｅｓ）、磁極位置比較部１５１２から駆動制御部１５１４に対して制御禁止指令Ｃｉｎｈは出力されない。これにより、駆動制御部１５１４から速度制御用電流指令生成部１５１１へ回転指令Ｃｒｏｔが出力され、モータ１０７の制御が開始される（ステップＢ２２）。
【０１００】
以上のように第１の実施形態によれば、磁極位置θ１と磁極位置θ２とを比較することでより磁極位置の推定精度を高めてモータ１０７を正常に駆動制御することができ、外乱等の影響により正しい磁極位置を検出できなかった場合にはモータ１０７を安全に停止させることができる。
【０１０１】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
【０１０２】
上記第１の実施形態では、第一の磁極位置推定部１１１にて得られた磁極位置θ１と第二の磁極位置推定部１１０１にて得られた磁極位置θ２との差分Δθが閾値θｔｈを超える場合に直ちにモータ１０７の制御を禁止するものとした。これに対し、第２の実施形態では、磁極位置θ１と磁極位置θ２との差分Δθが閾値θｔｈ以上の間場合に磁極位置の推定処理を所定回繰り返すようにしたものである。
【０１０３】
図１７は第２の実施形態に係る同期電動機の制御装置の磁極位置推定処理の繰り返し機構の構成を示すブロック図である。なお、図１６の構成と同じ部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略するものとする。また、図示を省略するが、実際には図１および図１２に示した構成要素がこの図１7の構成の中にも同様に含まれているものとする。
【０１０４】
本実施形態における同期電動機の制御装置には、外部記憶部１５１５と繰り返し判定部１５１６が備えられる。
【０１０５】
外部記憶部１５１５には、磁極位置推定処理の繰り返し判定基準となる回数Ｎｒｐが記憶されている。なお、図１７の例では、外部記憶部１５１３と外部記憶部１５１５が独立して設けられているが、１つの記憶部に閾値θｔｈと回数Ｎｒｐを記憶しておくことでも良い。繰り返し判定部１５１６は、磁極位置比較部１５１２から制御禁止指令Ｃｉｎｈ１を出力された場合に、上記回数Ｎｒｐに基づいて磁極位置推定処理を再度実行するか否かを判定する。
【０１０６】
図１８および図１９は第２の実施形態における磁極位置の推定処理を示すフローチャートである。このうち、図１８のステップＡ１１〜Ａ１９は第一の磁極位置推定部１１１による磁極位置推定処理を示している。図１９のステップＢ１１〜Ｂ１９は第二の磁極位置推定部１１０１による磁極位置推定処理を示している。
【０１０７】
ここで、第２の実施形態では、磁極位置差分Δθ＜閾値θｔｈを満足しない場合、つまり、θ１とθ２の差分Δθが予め設定された閾値θｔｈ以上であれば（ステップＢ２０のＮｏ）、磁極位置比較部１５１２は、繰り返し判定部１５１６へ制御禁止指令Ｃｉｎｈ１を出力する。繰り返し判定部１５１６は、この制御禁止指令Ｃｉｎｈ１を入力すると、磁極位置推定処理の繰り返す回数がＮｒｐ回目に達しているか否かを判断する（ステップＢ２３）。
【０１０８】
Ｎｒｐ回目に達していなければ（ステップＢ２３のＮｏ）、上記第１の実施形態で説明したように、第一の磁極位置推定部１１１による磁極位置推定処理と第二の磁極位置推定部１１０１による磁極位置推定処理が再度実行される。この結果、磁極位置差分Δθ＜閾値θｔｈを満足しない場合には、Ｎｒｐ回を限度として、上記第一および第二の磁極位置推定処理が繰り返される。
【０１０９】
この繰り返しの中で、磁極位置差分Δθ＜閾値θｔｈが成立した場合。つまり、θ１とθ２の差分Δθが予め設定された閾値θｔｈより小さくなれば（ステップＢ２０のＹｅｓ）、繰り返し判定部１５１６は駆動制御部１５１４へ制御禁止指令Ｃｉｎｈ２を出力せず、駆動制御部１５１４は速度制御用電流指令生成部１５１１へ回転指令Ｃｒｏｔを出力して、モータ１０７の制御が開始される（ステップＢ２２）。
【０１１０】
一方、繰り返しの中で磁極位置差分Δθ＜閾値θｔｈが成立せず、磁極位置推定を繰返した回数がＮｒｐ回目に達すると、繰り返し判定部１５１６から制御禁止指令Ｃｉｎｈ２が駆動制御部１５１４に出力される。駆動制御部１５１４は、この制御禁止指令Ｃｉｎｈを入力すると、速度制御用電流指令生成部１５１１に対して回転指令Ｃｒｏｔを遮断することでモータ１０７の制御を禁止する（ステップＢ２１）。
【０１１１】
以上のように第２の実施形態によれば、磁極位置θ１と磁極位置θ２との比較結果に応じて第一および第二の磁極位置推定処理を繰り返すことで磁極位置を正しく検出できようになり、例えば外乱等の影響で磁極位置を検出できずにモータ１０７の運転を停止させてしまう事態を回避することができる。
【０１１２】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。
【０１１３】
第３の実施形態では、第一および第二の磁極位置推処理により磁極位置を検出できなかった場合に、磁極位置θ１を補正して第二の磁極位置推処理を再度実行するようにしたものである。
【０１１４】
装置構成については上記第２の実施形態における図１７と同様である。ここでは、図２０および図２１を参照して、第３の実施形態としての処理についてのみ説明する。
【０１１５】
図２０および図２１は第３の実施形態における磁極位置の推定処理を示すフローチャートである。このうち、図２０のステップＡ１１〜Ａ１９は第一の磁極位置推定部１１１による磁極位置推定処理を示している。図２１のステップＢ１１〜Ｂ１９は第二の磁極位置推定部１１０１による磁極位置推定処理を示している。
【０１１６】
磁極位置差分Δθ＜閾値θｔｈを満足しない場合、つまり、θ１とθ２の差分Δθが予め設定された閾値θｔｈ以上であれば（ステップＢ２０のＮｏ）、磁極位置比較部１５１２は、繰り返し判定部１５１６へ制御禁止指令Ｃｉｎｈ１を出力する。繰り返し判定部１５１６は、この制御禁止指令Ｃｉｎｈ１を入力すると、磁極位置推定処理の繰り返す回数がＮｒｐ回目に達しているか否かを判断する（ステップＢ２３）。
【０１１７】
ここで、第３の実施形態では、磁極位置推定処理の繰り返す回数がＮｒｐ回目に達していない場合に（ステップＢ２３のＮｏ）、繰り返し判定部１５１６では、次の式１３によって磁極位置θ１を補正し（ステップＢ２４）、その補正後の磁極位置θ１’を初期値として第二の磁極位置推定部１１０１にセットする（ステップＢ２５）。
【０１１８】
θ１’＝θ２＋ｓｉｇｎ（θ１−θ２）＊θｏ        （式１３）
θ１は第一の磁極位置推定部１１１によって得られた磁極位置、θ２は第二の磁極位置推定部１１０１によって得られた磁極位置、θｏは例えば３０度などの所定値、ｓｉｇｎは括弧内の値が正であれば１、負であれば（−１）を返す関数である。第二の磁極位置推定部１１０１では、上記式１３で得られた補正後の磁極位置θ１’を初期値として第二の磁極位置推定処理を再度実行する。
【０１１９】
このように、磁極位置差分Δθ＜閾値θｔｈを満足しない場合に、補正後の磁極位置θ１’を用いて第二の磁極位置推定処理を再度実行することで、制御対象とするモータ１０７やインバータ１０５の特性で発生する特徴量の乱れを起因とした磁極位置の誤推定を回避することができる。
【０１２０】
すなわち、Δθが図１４に示したような理想的な特徴を示さずに、例えば図２２のように６０°周期で理想値から外れるような場合に、真の磁極位置を０°とし、θｔｈ＝１５°、θｏ＝３０°に設定したとする。
【０１２１】
ここで、最初の第一の磁極位置推定処理および第二の磁極位置推定処理によって、θ１＝１２°，θ２＝２８°が得られたとすると、上記式１２により、
Δθ＝｜θ１−θ２｜＝１６°
となる。
【０１２２】
つまり、位相差Δθが閾値θｔｈ＝１５°より大きい値となるため、第二の磁極位置推定処理をやり直すことになる。このとき、補正後の磁極位置θ１’は、上記式１３により、以下のような値となる。
【０１２３】
θ１’＝２８°＋（−１）＊３０°
＝−２°
このθ１’を初期値として、第二の磁極位置推定処理を実施することになる。この場合、第二の磁極位置推定処理の１回目は１２°の位置からスタートしたが、２回目は−２°の位置からスタートすることになる。これにより、図２２に示した位相差Δθの波形もずれることになるので、３０°の特異点に収斂結果（特徴量ゼロ）が得られることを回避できる。
【０１２４】
この結果、磁極位置差分Δθ＜閾値θｔｈでなければ、再び、第２の磁極位置推定が繰り返される。この繰り返しの中で、磁極位置差分Δθ＜閾値θｔｈが成立した場合、つまり、θ１とθ２の差分Δθが予め設定された閾値θｔｈより小さくなれば、繰り返し判定部１５１６は駆動制御部１５１４へ制御禁止指令Ｃｉｎｈ２を出力せず、駆動制御部１５１４は速度制御用電流指令生成部１５１１へ回転指令Ｃｒｏｔを出力して、モータ１０７の制御が開始される。
【０１２５】
一方、繰り返しの中で磁極位置差分Δθ＜閾値θｔｈが成立せず、磁極位置推定を繰返した回数がＮｒｐ回目に達すると、繰り返し判定部１５１６から制御禁止指令Ｃｉｎｈ２が駆動制御部１５１４に出力される。駆動制御部１５１４は、この制御禁止指令Ｃｉｎｈを入力すると、速度制御用電流指令生成部１５１１に対して回転指令Ｃｒｏｔを遮断することでモータ１０７の制御を禁止する。
【０１２６】
以上のように第３の実施形態によれば、磁極位置θ１と磁極位置θ２との比較結果に応じて磁極位置θ１を補正して第二の磁極位置推定処理を再度実行することで、モータ１０７やインバータ１０５の特性で発生する特徴量の乱れを起因とした磁極位置の誤推定を回避して、正しい磁極位置を検出することができる。
【０１２７】
なお、第２の実施形態と第３の実施形態を組み合わせることも可能である。例えば、第３の実施形態で第二の磁極位置推定処理を２回繰り返した場合は、第２の実施形態で第一の磁極位置推定処理からやり直し、第二の磁極位置推定処理を２回繰返す。この繰り返しを３回実施した場合はモータ１０７の駆動を停止する。これにより、磁極位置の誤推定とモータ制御の停止の回避をより強化することが可能である。
【０１２８】
特にエレベータの巻上機に用いられる同期電動機にあっては、磁極位置の誤推定によって異音の異常が発生することは回避しなければならず、また、モータ制御の停止により運転サービスが中断することも避けなければならないため、磁極位置を確実に検出してモータ制御を開始することのできる本実施形態の手法は有効である。
【０１２９】
以上述べた少なくとも１つの実施形態によれば、磁気的突極性を有しない、もしくは磁気的突極性が低い同期電動機において、外乱等の影響を受けて磁極位置の推定精度が悪化した場合に電動機の制御を停止させるか、電動機の制御を行うに十分な精度が得られるように再度推定を行うようにした同期電動機の制御装置を提供することができる。
【０１３０】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１３１】
１０１…バイアス電流指令生成部、１０２…電流制御部、１０３ａ…座標変換部（αβ／ＵＶＷ）、１０３ｂ…座標変換部（ＵＶＷ／αβ）、１０４…三角波ＰＷＭ変調部、１０５…インバータ、１０６ａおよび１０６ｂ…電流検出部、１０７…モータ、１０８…ブレーキ、１０９…磁極位置検出部、１１０…高周波電流検出部、１１１…第一の磁極位置推定部、１１２…バイアス電流位相角指令生成部、１１３…高周波電圧重畳部、２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ…固定子コイル、２０２…αβ軸固定座標系、２０３…ｄｑ軸回転座標系、２０４…回転子、８０１…ステータ、８０２…ロータ、１１０１…第二の磁極位置推定部、１１０２ａ…座標変換部（ｓｔ／ＵＶＷ）、１１０２ｂ…座標変換部（ＵＶＷ／ｓｔ）、１２０１…ｓｔ軸回転座標系、１４０１および１４０２…ゲイン乗算器、１４０３および１４０４…積分器、１４０５…収斂判定器、１５１１…速度制御用電流指令生成部、１５１２…磁極位置比較部、１５１３…外部記憶部、１５１４…駆動制御部、１５１５…外部記憶部、１５１６…繰り返し判定部。
【要約】
【課題】磁気的突極性を有しない、もしくは磁気的突極性が低い同期電動機において、外乱等の影響を受けて磁極位置の推定精度が悪化した場合に電動機の制御を停止させるか、電動機の制御を行うに十分な精度が得られるように再度推定を行う。
【解決手段】同期電動機の制御装置は、バイアス電流をモータ１０７に印加して暫定的に磁極位置θ１を推定する第一の磁極位置推定部１１１と、磁極位置θ１を初期位相としてバイアス電流を流し、収斂演算によりバイアス電流位相と磁極位置との位相差に関連する特徴量を所定値に収斂させることで磁極位置θ２を推定する第二の磁極位置推定部１１０１と、磁極位置θ１と磁極位置θ２との差分に基づいてモータ１０７の駆動を制御する駆動制御部１５１４とを備える。
【選択図】      図１６【図１】
0005619225.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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